競品車人機工程分析的基本方法

鞠偉男　何紹清　石攀　謝云峰

摘 要：競品車數據能夠有效的指導研發及新車型的設計，主機廠對其重視程度越來越高。人機工程數據是競品車數據的重要組成部分，本文對其采集及分析方法進行研究探討。

關鍵詞：競品車；人機工程；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.213

競品車是指在進行新車開發時，市場上同級別的成熟車型。由于這些車型之前已經上市，并且已經銷售了一段時間。目前歐美等汽車工業發達的國家對汽車競標分析都給與了相當大的投入，一些專門從事汽車拆分和競標分析的公司應運而生，例如A2Mac1等。近年來，雖然國內一些大公司有類似競標分析的產品開發經歷，但都沒有形成專業的、規范的競標分析操作流程，從而實現知識的有效管理利用和共享。

1 人機工程學國內外研究現狀

1.1 國外人機工程學研究現狀

美國汽車工程師學會（Society of Automotive Engineers，SAE）通過大量的抽樣測量人體結構尺寸和功能尺寸，在進行統計分析后制定了一系列的人體尺寸方面的標準。同時，SAE在此基礎上還制定了H點（Hip Point，即跨點）、眼橢圓、頭廓包絡線、手伸及界面等汽車人機工程學工具的標準。到上世紀中后期，隨著計算機輔助設計技術的產生，特別是UG、CATIA等CAD軟件中的人機工程學模塊的推出，極大地促進了汽車人機工程學的發展，在三維軟件中進行模擬，節約了開發成本，縮短了開發時間。

1.2 國內人機工程學研究現狀

中國國際標準化研究院于2009年9月完成了我國成年人人體尺寸的抽樣測量試點調查，并在隨后展開了第二次全國成年人人體尺寸的三維掃描測量。我國汽車制造行業應用人機工程學計算機仿真設計技術時間還不長。現代主流的CAD軟件絕大多數都是國外公司開發的，其中的人機工程學模塊中的數據和標準也是國外的，中國迫切需要自己人體的數據及標準進行研發設計。

2 競品車人機工程分析前期準備

2.1 整車坐標系的設定

說明：整車坐標系的設定是競品車數據采集最重要的一個工作之一，通過設定合適的坐標系，為以后的各項工作提供依據。

2.1.1 目的

在整車數據采集階段，受測量的誤差和測量時儀器操縱局限性的影響，整車測量坐標系不能直接用作后期該車型相關校核用整車絕對坐標系，需要進行分析和修正，最終確定該車型設計整車坐標系。

2.1.2 整車坐標系建立準備

（1） 掃描設備簡介。ATOS光學掃描設備，該測量設備為國內外汽車行業使用最廣泛的專業三維掃描系統[1]，用其掃描樣車的外表面、BIW底板、BIW機艙及輪心地面線等可以保證足夠的精度。

（2） 競品車狀態。整備狀態，額定胎壓，按維修手冊調整四輪定位。

2.1.3 整車坐標系建立方法

（1）Z平面（XY平面）建立方法。首先確定Z平面。具體確定方法如下：

一般汽車下底板車尾部分是相對而言比較平整的，因此，可以在點云上取一點然后沿測量坐標系Y軸方向拉出一條直線，接著沿X軸方向拉出一個面，這個面就是Z平面。

（2） Y平面（XZ平面）建立方法。在測量坐標系Y平面基礎上，構建一個平面，使得左右地板定位孔、主安裝孔及車身外表面按此平面對稱度偏差滿足設計偏差值要求，而且與之前建立好的Z平面垂直，將此平面定義為Y平面。

（3） X平面（YZ平面）建立方法。確定X平面，并使得此平面與建立的Y平面、Z平面垂直。具體確定方法如下：

平面定位說明：

由于前圍板無完整較大平面，因此選擇與前圍橫梁平行且通過橫梁表面的平面作為X平面。

2.1.4 坐標系建立結果

將坐標系移動至前輪整備輪心線上：

坐標系建立完成之后需要對其精度進行驗證，主要是驗證BIW孔的對稱性及外表面截面的偏差，在此不作贅述。

2.2 人機工程學分析的法規及定義

近年來，計算機輔助（CAD/CAE）已經被汽車行業所廣泛采用，在人機工程學校核這塊同樣也是如此，通過計算機輔助，可以在設計階段就進行優化和設計。大大減少了企業的開發成本，節約了開發周期。

人體坐姿的定義。

在設計過程中，選擇的人體關節角度及人體坐姿，與駕駛和乘坐的舒適和疲勞程度直接相關。由于人體坐姿隨車型的不同而變化較大，所以各自選擇的舒適姿勢下的關節角度也有較大差別。具體來說對于轎車人體坐姿，根據經驗如表1所示。

具體設計過程中，一般在尺寸范圍內設計，才能保證駕駛員操作過程中的坐姿的舒適性。

在人機工程學布置設計時，采用SAE 百分位95的男性和百分位5的女性人體模型尺寸。

3 競品車人機工程校核方法

人體坐姿校核方法。

（1）目的。

在整車布置設計的過程中，為了能盡量降低駕駛員的疲勞程度，通過對人體的生理結構進行研究而得到人體的舒適駕駛姿勢，這是在總布置設計中必須遵守的依據，同時本著提高車內空間利用率、滿足外造型和整車尺寸原則，進行人性化的最優化設計。該車型通過座椅調節來保證駕駛員具有舒適的坐姿、良好的視野和便捷的操作。

（2）引用標準。

引用標準如表2。

副駕及后排人體測量方法與主駕一致，因此不作贅述。

4 競品車人機工程學校核分析

人體坐姿校核分析。

該車型駕駛員的人體坐姿基本符合人體舒適性坐姿要求。該車型設計使用的是SAE百分位95男性人體尺寸，駕駛員座椅的水平調節量行程為240mm，在這個可調尺寸范圍內，可以滿足大部分不同百分位身材人體的需要。

5 結 論

通過對競品車數據的采集，可以獲得非常寶貴的數據，現代汽車跟新換代的速度越來越快，能夠讓自己品牌的汽車以優秀的設計搶占市場，就需要對整個市場同級別車進行完善的分析比較，取長補短。因此，通過對競品車的各項參數進行分析，在提高本身產品跟新換代速度的同時，也能保證本身產品的質量和性能與同級別相當甚至樹立新的標桿。

參考文獻：

[1]ATOS掃描儀在貨車駕駛室覆蓋件測量中的應用[J].農業裝備與車輛工程，P23.

[2]GB7258-2004機動車運行安全技術條件[S].

[3]GB/T15759-1995人體模板設計和使用要求[S].

[4]GB/T19234-2003乘用車尺寸代碼[S].

[5]SAE J826-2008 H點機械和設計工具規程和規格[S].

[6]SAE J1052-2002汽車駕駛員及乘員頭部位置[S].

作者簡介：鞠偉男（1992-），男，江蘇靖江人，主要從事汽車總布置設計工作。